不同濃度胺鮮酯對籽粒莧富集重金屬鎘鋅的影響

肖艷輝，李應(yīng)文，鄒碧，何金明，李志安*

1. 韶關(guān)學院英東農(nóng)業(yè)科學與工程學院，廣東 韶關(guān) 512005；2. 中國科學院華南植物園，廣東 廣州 510650

近年來，由于工業(yè)化進程的加快，導致了土壤受到不同程度的重金屬污染（Sodango et al.，2018；Ojuederie et al.，2017）。重金屬可被植物從土壤中吸收累積，通過食物鏈對人類健康造成嚴重毒害（Joseph，2009；Al-Farraj et al.，2013），因此，重金屬污染已成為全球面臨的嚴重問題之一。

重金屬污染土壤修復(fù)方法較多，其中植物修復(fù)技術(shù)因其綠色、有效，成為最經(jīng)濟有效的重金屬污染土壤修復(fù)方法之一（Thijs et al.，2016；Sooksawat et al.，2013）。但因修復(fù)重金屬污染土壤的大部分植物植株矮小、生長緩慢等原因造成植物修復(fù)效率低下，嚴重限制了此項技術(shù)的廣泛應(yīng)用（于彩蓮，2011）。植物生長調(diào)節(jié)劑參與植物生長發(fā)育及植物應(yīng)對逆境脅迫等各個過程的調(diào)控，其在強化植物修復(fù)上具有極大潛力，葉面噴施一定濃度脫落酸（ABA）、生長素（IAA）、細胞分裂素（6-BA）等植物生長調(diào)節(jié)劑可通過提高東南景天（Sedum alfredii Hance.）的生物量來增加其地上部對Cd的累積（何冰等，2014）；Tassi et al.（2008）研究表明，外施 6-BA類激素可提高向日葵（Helianthus annuus L.）的生物量和重金屬累積量。那么，DA-6作為一種高能植物生長調(diào)節(jié)劑，具有促進植株干物質(zhì)積累及增強作物抗性的作用（王迪軒等，2018），且有研究表明，一定濃度的 DA-6能提高黑麥草（Lolium perenne L.）根部和地上部Cd含量，促進黑麥草對Cd的富集（王雷等，2016）；龍葵（Solanum nigrum L.）葉面噴施 DA-6，能使 100 mg·kg-1Cd污染土壤中龍葵生物量增加，并提高龍葵對Cd的修復(fù)效率（于彩蓮，2011）。Cd和Zn是土壤中常見的具有代表性的重金屬污染物，且土壤中的重金屬污染物多為伴生的或復(fù)合的（王慧等，2008）。籽粒莧（Amaranthus hypochondriacus L.）是一種生長迅速、適應(yīng)性強的莧科（Amaranthaceae）植物，對 Cd、Zn有很強的富集能力，具有作為 Cd、Zn污染土壤修復(fù)植物的潛力（李凝玉等，2008；陳紅琳等，2007）。目前，利用DA-6來強化籽粒莧累積Cd、Zn的研究尚未見報道。因此，本實驗采用盆栽方式，研究了DA-6對Cd、Zn復(fù)合污染土壤中籽粒莧植株生長及Cd、Zn累積的影響，以期為利用DA-6強化植物累積Cd、Zn方面的研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與實驗設(shè)計

以籽粒莧（Amaranthus hypochondriacusL. cv.‘K104’）為實驗材料。供試土壤為華南植物園試驗田菜園土，于2012年采集表土層（0—20 cm），陰干，粉碎，并過2 mm篩孔，然后人工添加CdSO4至約5 mg·kg-1Cd水平，添加ZnCl2至約300 mg·kg-1Zn水平。本試驗于2016年進行。供試土壤基本理化性狀見表1。

將供試土壤裝入內(nèi)徑為26 cm，深21 cm的PVC盆內(nèi)，每盆5 kg。將籽粒莧種子均勻撒播于盆內(nèi)，蓋細土，待幼苗長至5 cm左右時，定苗，每盆留2株長勢相當?shù)闹仓辍Ｗ蚜Ｇ{播種后46 d（籽粒莧開花前期）進行第 1次葉面噴施 DA-6，其濃度分別為5、10、15 mg·L-1，以噴施相同體積的清水為對照（CK），噴施時以水珠均勻分布于葉面而不成水流流下為準。連續(xù)噴施2次，2次間隔時間為7 d。每個處理3次重復(fù)。試驗期間，土壤含水量保持在田間持水量的70%—90%。籽粒莧生長60 d后開始取樣測定各項指標。

1.2 測定指標及方法

各處理籽粒莧株高測定完成后，收獲植物，先將其根、莖、葉分開，分別用去離子水沖洗干凈后置于 60 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量后稱質(zhì)量。將籽粒莧根、莖、葉烘干樣品粉碎，并過100目篩孔，保存于干燥器中待測。植物樣品用HNO3-HClO4（體積比4?1）濕法消解后定容，用于測定植物體內(nèi)Cd、Zn含量（火焰原子吸收分光光度計，Hitachi Z-5300）。植物標準物質(zhì)為菠菜標準物（GBW10015）。

收獲籽粒莧植株時，分別收集根系分布層土壤和根際土，室內(nèi)陰干，粉碎，過2 mm篩孔，用pH計（Mettler ToledoFE20）測定pH。土壤過100目篩孔，用 0.01 mol·L-1CaCl2浸提法（Foucault et al.，2013）測定有效態(tài)Cd、Zn含量，設(shè)置空白對照，3次重復(fù)。土壤標準物質(zhì)為土壤成分分析標準物質(zhì)（GBW (E) 070011）。

Cd或Zn富集系數(shù)(Enrichment Factor，EF)=植物各器官Cd或Zn含量/土壤中Cd或Zn含量（Liu et al.，2009）。

根-莖Cd或Zn運轉(zhuǎn)系數(shù)(Transfer Factor，TF)=莖Cd或Zn含量/根Cd或Zn含量；莖-葉Cd或Zn運轉(zhuǎn)系數(shù)=葉Cd或Zn含量/莖Cd或Zn含量（陳亞慧等，2014）。

所得數(shù)據(jù)采用 SPSS軟件包進行單因素方差分析，用Duncan’s新復(fù)極差法進行平均數(shù)的顯著檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 DA-6處理對籽粒莧生長的影響

表2可以看出，DA-6處理對籽粒莧株高和生物量有一定影響。DA-6處理后，籽粒莧株高由高到低的順序為 10 mg·L-1＞5 mg·L-1＞CK＞15 mg·L-1，其中僅15 mg·L-1處理與對照差異不顯著（P＞0.05）。籽粒莧葉、莖、根干質(zhì)量均以10 mg·L-1處理最高，10 mg·L-1處理葉干質(zhì)量顯著高于其它處理（P＜0.05），而其他處理之間差異不顯著（P＞0.05）；10 mg·L-1處理莖干質(zhì)量和全株干質(zhì)量分別比15 mg·L-1處理和對照提高131%和116%、71%和100%，但15 mg·L-1處理和對照差異不顯著（P＞0.05）；不同處理根干質(zhì)量差異均不顯著（P＞0.05）。總的來說，10 mg·L-1DA-6處理對籽粒莧株高和生物量的促進效果最為顯著。

表1 供試土壤基本理化性狀Table1 Basic physical and chemical properties of the tested soil

表2 DA-6處理對籽粒莧生長的影響Table 2 Effect of DA-6 on the growth of Amaranthus hypochondriacus L.

2.2 DA-6處理對籽粒莧根系分布層土壤和根際土pH及有效態(tài)Cd、Zn含量的影響

表3可以看出，DA-6處理對籽粒莧根系分布層土壤和根際土pH無顯著影響。DA-6處理對籽粒莧根系分布層土壤有效態(tài)Cd含量無顯著影響，但對根系分布層土壤有效態(tài)Zn含量有一定影響，10 mg·L-1處理顯著高于5 mg·L-1處理（P＜0.05），但兩者與對照差異均不顯著（P＞0.05）。DA-6處理能顯著提高籽粒莧根際土有效態(tài)Cd、Zn含量，但不同濃度DA-6處理之間差異均不顯著（P＞0.05）。總的來說，DA-6處理能顯著提高籽粒莧根際土有效態(tài)Cd、Zn含量。

2.3 DA-6處理對籽粒莧葉、莖、根中Cd、Zn含量的影響

表4可以看出，DA-6處理僅對籽粒莧葉、莖中Cd含量有顯著影響。隨DA-6處理濃度增加，籽粒莧葉、莖、根中Cd含量呈增加趨勢，并均以15 mg·L-1處理Cd含量最高，但葉中Cd含量表現(xiàn)為 15 mg·L-1處理顯著高于 5 mg·L-1處理和對照（P＜0.05），莖中Cd含量表現(xiàn)為15 mg·L-1處理顯著高于其它處理（P＜0.05），而各處理根中 Cd含量無顯著差異（P＞0.05）；各處理籽粒莧葉、莖、根中Zn含量均無顯著差異（P＞0.05）。

2.4 DA-6處理對籽粒莧Cd、Zn累積量的影響

Cd或Zn累積量大小是由重量和該部位的Cd或Zn濃度所決定，可作為評價植物修復(fù)效果的指標。籽粒莧各部位Cd或Zn累積量=相應(yīng)部位Cd或Zn濃度×相應(yīng)器官的重量。各處理籽粒莧從土壤中富集的Cd或Zn越多，修復(fù)效率越高（陳紅琳等，2007）。

表5可以看出，DA-6處理對籽粒莧葉、莖中Cd和Zn累積量有顯著影響。籽粒莧葉、莖、根中Cd和Zn累積量均以10 mg·L-1處理最高，但僅葉、莖中10 mg·L-1處理Cd和Zn累積量顯著高于對照（P＜0.05），葉、莖中Cd累積量分別比對照提高了212.82%和 66.92%，葉、莖中 Zn累積量分別比對照提高了153.17%和30.19%；DA-6處理對籽粒莧根中 Cd、Zn累積量無顯著影響（P＞0.05）。總的來說，10 mg·L-1DA-6處理顯著強化了籽粒莧葉、莖對Cd、Zn的累積量。

2.5 DA-6處理對籽粒莧富集、運轉(zhuǎn)Cd、Zn能力的影響

表6可以看出，各處理籽粒莧葉、莖、根的Cd富集系數(shù)及 Cd根-莖運轉(zhuǎn)系數(shù)和莖-葉運轉(zhuǎn)系數(shù)無顯著差異（P＞0.05）；籽粒莧葉的 Zn富集系數(shù)為對照顯著高于 5 mg·L-1處理和 10 mg·L-1處理（P＜0.05），但與 15 mg·L-1處理差異不顯著（P＞0.05），籽粒莧莖、根的Zn富集系數(shù)及Zn根-莖運轉(zhuǎn)系數(shù)和莖-葉運轉(zhuǎn)系數(shù)無顯著差異（P＞0.05）。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

DA-6作為一種高能植物生長調(diào)節(jié)劑，具有促進植株干物質(zhì)積累及增強作物抗性的作用（王迪軒，2018）。研究表明，小白菜葉面噴施DA-6后，能顯著增加株高（徐偉松等，2014），草莓葉面噴施 20 mg·L-1和 30 mg·L-1DA-6 可顯著增加草莓地上部和根系干質(zhì)量（苗鵬飛等，2007），這與本實驗籽粒莧葉面噴施10 mg·L-1DA-6可顯著增加籽粒莧株高和地上部干質(zhì)量的結(jié)果一致，說明適宜濃度的DA-6處理能顯著促進籽粒莧地上部生長，但本研究表明，DA-6處理對籽粒莧根干質(zhì)量無顯著影響，這與以往研究結(jié)果（苗鵬飛等，2007）存在差異，這是否由于DA-6處理濃度和處理時間不同所導致，還有待于進一步研究探討。

表3 DA-6處理對籽粒莧根區(qū)土壤pH及有效態(tài)Cd、Zn質(zhì)量分數(shù)的影響Table 3 Effect of DA-6 on pH and contents of available Cd, Zn of soil in root zone of Amaranthus hypochondriacus L.

表4 DA-6處理對籽粒莧葉、莖、根中Cd、Zn質(zhì)量分數(shù)的影響Table 4 Effect of DA-6 on Cd, Zn contents in leaves, stem, root of Amaranthus hypochondriacus L.

表5 DA-6處理對籽粒莧Cd、Zn累積量的影響Table 5 Effect of DA-6 on accumulation amount of Cd, Zn in Amaranthus hypochondriacus L.

表6 DA-6處理對籽粒莧富集、運轉(zhuǎn)Cd、Zn能力的影響Table 6 Effect of DA-6 on EF and TF of Cd, Zn in Amaranthus hypochondriacus L.

根際是指受植物根系活動影響的靠近植物根系的微域土區(qū)，其在物理、化學及生物學性質(zhì)上均不同于土體（吳林坤等，2014）。植物通過產(chǎn)生和釋放根系分泌物來抵御生物或非生物脅迫。在金屬污染物脅迫下，某些植物的根系分泌物可通過螯合、絡(luò)合、沉淀等作用將金屬污染物滯留在根外，降低土壤中金屬的有效性，減少植物對有害金屬的吸收（常學秀等，2000），如在 Al脅迫下，植物根系可分泌大量的檸檬酸、蘋果酸等來螯合游離的Aln+，從而降低 Al對植物根系毒害（Neumann，2007）。還有一些實驗表明，根系分泌物對重金屬脅迫下的調(diào)節(jié)機理之一是改變根際pH對重金屬有效性的影響，根系分泌的H+和有機酸可使根際pH降低，使一些有毒重金屬活化（常二華等，2006）。本研究結(jié)果表明，5—15 mg·L-1DA-6處理下，根際土壤pH并未發(fā)生顯著變化，但顯著提高了根際土有效態(tài)Cd、Zn含量，這說明葉面噴施DA-6后，籽粒莧根系分泌的 H+和有機酸并未顯著增加進而顯著降低根際土pH，籽粒莧根際土有效態(tài)Cd、Zn含量的顯著提高是否與DA-6存在某種內(nèi)在聯(lián)系，還需進一步研究。本實驗研究表明，15 mg·L-1DA-6處理能顯著提高籽粒莧葉和莖中 Cd含量，而 10 mg·L-1DA-6處理能顯著提高籽粒莧葉和莖對Cd和Zn的累積量，這與DA-6能顯著提高龍葵植株地上部Cd含量和Cd累積量的結(jié)果一致（于彩蓮，2011）。

DA-6處理龍葵后，苗期地上部分的Cd富集系數(shù)顯著高于對照，而成熟期地上部分的Cd富集系數(shù)與對照無顯著差異（于彩蓮，2011）。本實驗結(jié)果表明，各處理籽粒莧葉、莖、根的Cd富集系數(shù)無顯著差異，這可能與本實驗中DA-6處理籽粒莧時處于開花前期即成熟期有關(guān)；5 mg·L-1和 10 mg·L-1DA-6處理下籽粒莧葉的Zn富集系數(shù)顯著低于對照或與對照差異不顯著，說明一定濃度的DA-6處理可能會抑制籽粒莧葉對 Zn的富集，其原因還有待進一步研究。

3.2 結(jié)論

籽粒莧開花前期葉面噴施DA-6，10 mg·L-1處理能顯著促進籽粒莧植株生長和生物量累積，并強化籽粒莧地上部（莖、葉）對Cd、Zn的累積量，但DA-6處理對籽粒莧富集Cd、Zn及其在根-莖和莖-葉的轉(zhuǎn)移并無顯著促進作用。